テキサス大学オースティン校の研究者らが、超薄膜材料でエキゾチックな磁気相の連続を観測し、1970年代の理論モデルを検証した。実験ではニッケルホスホラストリスルフィドを低温まで冷却し、渦巻く磁気渦とその後の秩序状態が明らかになった。この発見は将来のナノスケール磁気技術に示唆を与える可能性がある。
2026年に『Nature Materials』に掲載された研究で、テキサス大学オースティン校のエドアルド・バルディーニ氏率いる物理学者らが、原子1層のニッケルホスホラストリスルフィド（NiPS3）シートにおける磁気挙動を調べた。この材料を-150℃から-130℃の温度まで冷却すると、Berezinskii-Kosterlitz-Thouless（BKT）相に入った。この相では、磁気モーメントが時計回りと反時計回りの渦のペアを形成し、横方向に数ナノメートルおよび厚さ1原子層に閉じ込められている。 このBKT相は、Vadim Berezinskiiとノーベル賞受賞者のJ. Michael KosterlitzおよびDavid Thoulessにちなんで名付けられた。彼らは1970年代の業績でこのような遷移を記述し、2016年のノーベル物理学賞を受賞した。バルディーニ氏は、「BKT相は特に興味深い。これらの渦は例外的に頑健で横方向にわずか数ナノメートルに閉じ込められ、厚さは1原子層のみであると予測されている。その安定性と極めて小さなサイズにより、これらの渦はナノスケールでの磁気の制御という新たな道を提供し、2次元系における普遍的なトポロジカル物理学についての洞察を与える。」と述べた。 温度がさらに低下すると、材料は6状態時計秩序相に移行し、磁気モーメントが6つの対称方向のいずれかに整列した。この相連続は1970年代に提案された2次元6状態時計モデルを確認するものである。バルディーニ氏は、「この段階で、私たちの研究は2次元6状態時計モデルの期待される全相連続を実証し、純粋2次元磁石においてナノスケール磁気渦が自然に発生する条件を確立した。」と付け加えた。 全米科学財団（NSF）などにより支援されたこの研究では、共同筆頭著者のFrank Y. Gao氏とDong Seob Kim氏、先任著者のバルディーニ氏、Allan MacDonald氏、Xiaoqin「Elaine」Li氏らが参加した。貢献者はMIT、中央研究院、ユタ大学などの機関から来ている。将来的な取り組みでは、これらの相を高温で安定化し、小型磁気デバイスの潜在的な応用を目指す。
